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Manual de Prcticas Automatizacin y Control

M.C. Gabriel Ortiz Alvarado

UABC - Ensenada

Mayo - 2013

[email protected]

M.C. Gabriel Ortiz Alvarado UABC-Ensenada

2013-2

1 Manual de Prcticas: Automatizacin y Control

Resumen ejecutivo


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Contenido Resumen ........................................................................ 1

Practica 1: Caracterizacion de temperatura - LM35 ...... 3

Practica 2: Caracterizacion de fototransistor IF ..5


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Practica1

Caracterizacin del sensor de temperatura LM35

Objetivo Conocer el funcionamiento y respuesta elctrica del sensor de temperatura.

Teora El circuito LM35, es un circuito diodo Zener cuyo voltaje de salida es proporcional a la temperatura que detecta, teniendo un voltaje de 10mV/C, de tal manera que si la temperatura es de 0C el voltaje a la salida es de 0V. Si la temperat ura es de 100C, el voltaje es de 1V.

Material y equipo 1Fuente de alimentacin. 1 Sensor LM35. 1 Multimetro con sensor termopar 1 Multimetro.

Procedimiento 1. Conectar el LM35 como se muestra en la figura 1, donde Ra es una resistencia de

100k, Vc es un voltaje de 12V. Para probarlo si la temperatura ambiente es de 25C, el voltaje a su salida (en Ra) debe andar alrededor de 0.25V.Tocarlo con la mano y ver que el voltaje que se obtiene es de alrededor de 0.37V.

2. Colocar el multmetro con medicin de temperatura en el sensor LM35, este servir como referencia de temperatura.

3. Conectar a la salida del LM35 en multmetro para medir su respuesta elctrica.

4. Mediante la ayuda de un encendedor de gas calentar el sensor de temperatura y realizar mediciones de respuesta elctrica del sensor con respecto a la temperatura hasta alcanzar la mxima temperatura que se pueda lograr con incrementos de cinco grados, como se muestra en la tabla 1.

5. Realizar una grfica de las mediciones, y en caso de no ser lineal la respuesta, encontrar su ecuacin de linealidad (p.e. y = mx + b).


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Figura 1: Diagrama de conexin (a), conexin en protoboard (b).

Temperatura ( C)

Respuesta elctrica del sensor (mV)

10

15

20

25

30

Tabla 1. Variaciones de voltaje del sensor de temperatura


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Practica2

Caracterizacin de fototransistor

Objetivo Conocer el funcionamiento y respuesta elctrica del fototransistor

Teora Material y equipo 1Fuente de alimentacin. 1 fototransistor. 1 Diodo IR, blanco o rojo de alta intensidad. 1 Multimetro.

Procedimiento

1. Llevaremos a cabo esta caracterizacin mediante el siguiente circuito:

Considere las caractersticas de su fotodiodo y adecue el circuito anterior.

2. Calcule el valor de R1 de tal manera que en el fototransistor tenga la mayor responsitividad segn la hoja de datos. El valor de R2 puede ser entre 100 a 330 Ohms.

3. Polarice el circuito del diodo IR segn la corriente que va a utilizar, alinear los componentes pticos a una distancia de aprox. 0.5 cm a cero grados, para el caso del fototransistor vari su voltaje desde 0.5 V en intervalos de 0.5 V hasta 5 V y mida el voltaje o corriente generada despus del fototransistor.


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4. Alinear sobre una plantilla graduada a los cero grados con el fototransistor y mida su respuesta polarizado a 5V y gire a + 25 grados aprox. Y a -25 grados aprox. Partiendo del origen y mida la respuesta del fototransistor.

5. Alinear los componentes pticos a cero grados a una distancia de 1 cm y alejarlo cada 1 cm hasta los 10 cm polarizados el fototransistor a 5V.

6. Realizar una grfica y tabla desde el punto 3 al 5.

Resultados

a. Tablas

b. Graficas

Conclusiones.

Referencias.


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PRACTICA 3

Fotoresistencia como sensor de proximidad

Objetivo Conocer el funcionamiento y respuesta elctrica de una fotoresistencia

Teora Investigacin sobre la fotoresistencia

Material y equipo 1Fuente de alimentacin. 1 fotoresistor de 2 M 1 Relevador de 5V 1 LM34 1 Ventilador 12V.

Procedimiento 1. Conecte la fotorresistencia en serie con un potenciometro y ajstelo a una cada de

volate de aproximadamente 1.5V sin obstruir la fotoresistencia.

2. Acondicionar la salida de la fotoresistencia a un comparador, con un voltaje de referencia de 0.7V aproximadamente en la entrada inversora, de tal manera que cuando aproxime un objeto a la fotoresistencia el comparador tendr un voltaje de saturacin a su salida activando el relavador.

3. Conecte a la salida del comparador un relevador activado por 5V y a la salida de este

conecte un ventilador de 12 V, la alimentacin y tierra del ventilador es independiente al voltaje de polarizacin del comparador y de la fotoressitencia (ver diagrama de conexiones).


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Practica: 4 Nombre: Circuitos bsicos con Amplificadores Operacionales Objetivo: Disear y construir los siguientes circuitos utilizando un OPAMP 741 a) Amplificador no inversor con ganancia de 100. b) Amplificador inversor con ganancia de 1000. c) Un seguidor de voltaje. Material a utilizar 1 Osciloscopio 1 Fuente de poder dual 1 Generador de funciones 1 OpAmp LM 741 PROCEDIMIENTO 1. Disear el amplificador no inversor con ganancia de 100, polarizarlo adecuadamente y aplicarle una seal senoidal de 100mV pico, con frecuencia de 8KHz. Comparar la seal de salida con la entrada en el osciloscopio. Tome una imagen a ambas seales. Anote sus observaciones. 2. Ahora aplicar una seal con 3Vp y con la misma frecuencia. Nuevamente compare las seales de entrada y salida. Anote sus observaciones. Explique lo que est sucediendo. 3. Disear el amplificador inversor con ganancia de 1000, polarizarlo adecuadamente y aplicarle una seal senoidal de 5mV pico, con frecuencia de 8KHz. Comparar la seal de salida con la entrada en el osciloscopio. Tome una imagen a ambas seales. Anote sus observaciones. 4. Ahora aplicar una seal con 3Vp y con la misma frecuencia. Nuevamente compare las seales de entrada y salida. Anote sus observaciones. Explique lo que est sucediendo. 5. Disear el seguidor de voltaje. Aplicarle las mismas seales anteriores. Comparar la entrada con la salida. Tome una imagen a ambas seales. Anote sus observaciones. 6. Al seguidor de voltaje aplicarle a la entrada un 1 Vcd, compararlo con la salida. Anote sus observaciones 7. Ahora, al seguidor de voltaje aplique un voltaje de entrada de 16 Vcd, observe y explique lo que sucede.

7. Simular todos los circuitos anteriores. Investigar cmo se puede polarizar un OPAMP utilizando una sola fuente de poder (con tierra virtual)?. Esto con la idea de evitar el uso de la fuente de voltaje negativo.


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Practica #5 Filtros Low-Pass Filter con UAF42 Introduccin Un Low-Pass Filter corresponde a un filtro caracterizado por permitir el paso de las frecuencias ms bajas y atenuar las frecuencias ms altas. UAF42 es fcil disear y poner en prctica todo tipo de filtros activos. El UAF42 es un IC monoltico que contiene los amplificadores operacionales, emparejado, resistencias y condensadores de precisin necesarios para una variable de estado-filtro de polo-pair. Terminales fsicas del circuito integrado UAF42


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Materiales: 1- Proto 2- 2 resistencias de 15.8 k 3- Osciloscopio 4- Generador de funciones 5- Caimanes 6- Multmetro 7- UAF42 8- Fuente de voltaje

Objetivo Utilizando la configuracin del integrado UAF42, realizaremos el siguiente circuito para obtener la frecuencia de corte y el desfase de la seal de salida respecto a la seal de entrada


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Desarrollo A partir de los 2.3 KHz la seal de salida empieza a desfasarse con respecto a la seal de entrada Seal de atenuacin


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Seal de desfase


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FORMULAS Ganancia A=Vo/Vi dB = Log(A)*20 Clculos de la grfica de corte A=0.7 Log (0.7) *20 = -3.01 dB A=0.7 Log (0.7) *20 = -6.02 dB A=0.7 Log (0.7) *20 = -10.45 dB A=0.7 Log (0.7) *20 = -13.47 dB A=0.7 Log (0.7) *20 = -15.39 dB A=0.7 Log (0.7) *20 = -17.07 dB

Clculos de la Seal de desfase #Cuadros Vo*360/#Cuadros Vi 4khz #.3*360 /#5 = 21.6 8 khz #.4 *360/#2.5 = 57.6 12 khz #.5 *360/#1.7 = 105.8 16 khz #.6 *360/#1.2 = 150 20 khz #.6 *360/#1 = 216 24 khz #.6 *360/#0.8 = 270 28 khz #.6 *360/#0.7 = 308.5 32 khz #.6 *360/#0.6 = 360


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Practica: 6

Caracterizacin del NI USB-6009

Objetivo Conocer el funcionamiento y graficar la respuesta del calor usando un sensor LM35 y un DAQ (NI USB-600)

Teora El NI USB-6009 provee una conexin a ocho canales de una sola terminal de Entrada Analog (AI; Analog Input), dos canales de Salida Analoga (AO; Analog Output), 12 canales de Entrada/Salida Digital (DIO; Digital Input/Output) y 32 un contador de 32-bits con una interfaz USB en full-speed.

Energizado por bus para una mayor movilidad, conectividad de seal integrada

La versin OEM est disponible

Compatible con LabVIEW, LabWindows/CVI y Measurement Studio para Visual Studio .NET

Software controlador NI-DAQmx y software interactivo NI LabVIEW SignalExpress LE para registro de datos

Material y equipo 1 NI USB-6009 1 Sensor LM35. 1 PC con el software de LabView 1 encendedor.

Procedimiento 1. Conectar el LM35 como en la practica 1, donde Ra es una resistencia de 220, Vc es un

voltaje de 5V.

2. Utilizando el software de LabView, hacemos un programa que contenga una conversin de Voltaje a grados Centigrados (la respuesta del sensor) y dicha conversin sea graficada.

3. Se configura la tarjeta DAW 6009 con labview mediante una herramienta, llamada DAQ assistance y ah configuramos los puertos del DAQ. Para este caso, ocuparemos configurar 1 sola entrada.

4. Conectamos la salida del LM35 al puerto de entrada AI configurado previamente, utilizando la fuente intregrada al DAQ, alimentamos con 5V nuestro sensor de temperatura.

5. Le aplicamos calor al sensor, mediante un encendedor, y observamos su comportamiento y sus cambios con la grafica del programa.


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LM35

VOUT

200-500

VCC

5V

GND

Digital Analog

o

GND

AI 0

DAQ

6009

USB


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Practica 7# : ACCIONAMIENTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

1.1 Objetivo El alumno aprender a utilizar el del cilindro de simple efecto, mediante su accionamiento

directo e indirecto mediante una vlvula 3/2 con retorno por muelle..

1.2 Equipo requerido: 1 Unidad de Acondicionamiento (Mantenimiento)

1 Cilindro de simple efecto

1 Vlvula 3/2 con botn pulsador y reposicin de resorte

1 Vlvula 3/2 con accionamiento neumtico y reposicin de resorte

1.3 Procedimiento La figura representa un troquel de estampado para reglas de clculo. La salida del troquel

debe tener lugar cuando accionamos un pulsador y el retorno debe producirse cuando

dejamos de pulsar

1.4 Esquema de distribucin del circuito Fig. 1-1 Troquel de estampado

Fig. 1-2 Accionamiento directo de un cilindro de simple efecto


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Practica 8: ACCIONAMIENTO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO

1 Objetivo El alumno ser capaza de realizar accionamiento de un cilindro de doble efecto mediante una

una vlvula conmutadora (direccional).

2 Equipo requerido: 1 Unidad de Acondicionamiento (Mantenimiento)

1 Cilindro de doble efecto

2 Vlvulas 3/2 con botn pulsador

1 Vlvula 5/2 con doble accionamiento neumtico

1 Vlvula reguladora de gasto o caudal (reguladora de velocidad)

3 Procedimiento Utilizando un troquel de estampado para reglas de clculo. La salida del troquel debe tener

lugar cuando

Accionamos un pulsador y el retorno debe producirse cuando se ha realizado la estampacin

y el cilindro debe regresar activa mediante el accionamiento de un pulsador situado junto a la

regla de clculo.

4 Esquema del circuito Traza el diagrama correspondiente a un accionamiento directo para un cilindro de doble efecto.

Fig. 3-1 Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto, utilizando vlvula

conmutadora y con regulacin de velocidad.


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Practica 9: USO DE LA FUNCIN LGICA Y [ I AND]

1 Objetivo: El alumno aprender de manera experimental la funcin lgica Y (I) en los sistemas

neumticos.



1 Cilindro de doble efecto

1 Vlvula de 5/2 con doble accionamiento neumtico

2 Vlvulas 3/2 con botn pulsador y reposicin de resorte

1 Vlvula de 3/2 con accionamiento de rodillo y reposicin de resorte

3 Procedimiento A travs de dos circuitos neumticos se realizara la comprobacin del funcionamiento de un

sistema Y (AND). El primero utiliza 2 vlvulas neumticas 3/2 conectadas en serie para

accionar un actuador de simple efecto. El segundo circuito el actuador de doble efecto es

accionado mediante una vlvula biestable 5/2 accionada de manera neumtica en el avance y

retroceso. El avance se realiza a travs mediante el accionamiento de dos vlvulas 3/2

accionadas mediante un pulsador y con retorno por muelle, conectadas en serie, y el retorno

mediante una vlvula 3/2 de rodillo de final de carrera con retorno por muelle.

4 Esquema de distribucin del circuito

5.4 Fig. 5.1 Funcin Lgica Y Accionamiento de cilindro de simple efecto


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Fig. 5.2 Funcin Lgica Y Accionamiento de cilindro de doble efecto


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Practica 10: USO DE LAS ELECTROVLVULAS Y CONTROL DE TIEMPO 1 Objetivo El alumno conocer el uso y conexin de las electrovlvulas en el accionamiento de un

cilindro de simple efecto con control de tiempo.



1 Vlvula 3/2 con bobina y reposicin de resorte

1 Vlvula temporizadora o conexin equivalente

1Switch

1 Indicador luminoso

3 Procedimiento El accionamiento del actuador de simple efecto se realizara a travs de una electrovlvula 3/2

con bobina de 24 volts que deber ser energizada mediante un interruptor pulsador con

retorno por muelle, con un indicador luminoso conectado en paralelo con la bobina de la

electrovlvula para indicar que la vlvula se encuentra energizada cuando la electrovlvula

3/2 es energizada activa la vlvula temporizadora la cual retrasa el tiempo en que el actuador

de simple efecto inicia su carrera de avance.

.

4 Esquema de distribucin del circuito

Fig. 11-1 Accionamiento de un cilindro de simple efecto con electrovlvula y retardo temporal.


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Practica 11: FUNCIN AND EN UN PLC

1 Objetivo

Que el alumno sea capaz de realizar la programacin y coneccion de un plc utilizando la

funcin AND

2.-Descripcion

El accionamiento de un pulsador (S1) hace que se encienda la lmpara (H1). La lmpara debe

permanecer encendido mientras el pulsados se halle accionado.

3.-Procedimiento

1. Elaborar el esquema del circuito y montaje de los equipos definicin del ejercicio

2. Descripcin de la tarea de control por medio de la tabla de 3. Declaracin de variables de

programa PLC

4. Formulacin del programa PLC en los lenguaje de escalera e instrucciones

5. Pruebas y puesta en marcha del programa PLC y del sistema

Desarrollo

1. Realice el diagrama del circuito y ensamble el equipo, complete el diagrama del circuito

elctrico e introducir las direcciones de entrada y salida en el PLC que se utilice.

2. Describe la tarea de control por medio de la tabla de funciones

3 Declare las variables requeridas en el programa PLC:


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4. Formule solucin de la tarea de control en los lenguajes de programacin indicados:

Diagrama de escalera (LD)

Diagrama de instrucciones (IL)

Practica 12: FUNCIN ACCIONAMIENTO DE UN CILINDRO MEDIANTE

SENSORES DE PROXIMIDAD 1 Objetivo

Que el alumno sea capaz de realizar la programacin y coneccion de un plc utilizando la

sensores de proximidad

2.-Descripcion

Un cilindro es accionado por medio de una electrovlvula con retroceso por muelle (bobina

Y1). Dos sensores de proximidad indica la posicin "extendida" (B2) y "retrada" (B1).

Pulsador (S1) se utiliza para accionar el cilindro, de tal manera que avanza desde la posicin

final retrada en la direccin opuesta. El cilindro debe avanzar slo una vez por

accionamiento de pulsador. Para activar un segundo movimiento del cilindro, el pulsador

debe soltarse y accionarse de nuevo.

3.-Procedimiento

1. Elaborar el esquema del circuito y montaje de los equipos definicin del ejercicio


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2. Descripcin de la tarea de control por medio de la tabla de 3. Declaracin de variables de

programa PLC

3. Formulacin del programa PLC en los lenguajes de escalera e instrucciones

4. Pruebas y puesta en marcha del programa PLC y del sistema

Desarrollo

1. Realice el diagrama del circuito y ensamble el equipo, complete el diagrama del circuito

elctrico e introducir las direcciones de entrada y salida en el PLC que se utilice.

2. Declare las variables requeridas en el

programa PLC: Denominacin

Tipo

Practica 13 a 16: Proyecto Final.

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